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應(yīng)用領(lǐng)域：電聲測試，實驗室測試，工廠自動化測試

背景
　 　麥克風的電聲測試經(jīng)過多年發(fā)展，已經(jīng)全面采用基于計算機的技術(shù)進行測試(PC-based)。測試方面，用戶需要能夠快速，準確的得到麥克風的所有電聲參數(shù)；靈活的兼容不同種類麥克風；更高的性價比，以滿足實驗室和工廠測試的需求。

關(guān)鍵詞
　　麥克風測試，電聲測試，AudioExpress

麥克風介紹
      麥克風是將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號的能量轉(zhuǎn)換器件，也稱話筒，麥克風，微音器，正式的中文名是傳聲器。麥克風主要分為動圈式和電容駐極體式。按照輸出信號種類，分為模擬麥克風和USB麥克風。
       麥克風由最初通過電阻轉(zhuǎn)換聲電發(fā)展為電感、電容式轉(zhuǎn)換，大量新的麥克風技術(shù)逐漸發(fā)展起來，這其中包括鋁帶、動圈等麥克風，以及當前廣泛使用的電容駐極體麥克風。
 動圈式麥克風傳聲器音質(zhì)較好，但體積龐大。駐極體傳聲器體積小巧，成本低廉，在電話、手機等設(shè)備中廣泛使用。硅微麥克風基于CMOS MEMS技術(shù)，體積更小，MEMS麥克風特別適合高性價比的麥克風陣列應(yīng)用。

       AudioExpress 是章和電氣開發(fā)的專業(yè)聲學測試軟件平臺。面向?qū)嶒炇?，AudioExpress 能夠方便，快速，專業(yè)的搭建聲學測試應(yīng)用程序。對于工廠自動化測試，AudioExpress采用組態(tài)式的結(jié)構(gòu)，可以在這個平臺上開發(fā)面向不同產(chǎn)品的測試序列(Test Sequence)，高效的解決工廠的聲學測試難題。

       AudioExpress可以方便的組態(tài)為麥克風測試程序，全方位測試麥克風的各項性能標。                            AudioExpress硬件上支持多個平臺，面向生產(chǎn)測試的章和電氣USB-9001，聲卡；也支持面向?qū)I(yè)研發(fā)實驗室級別的NI(美國國家儀器)的高精度DSA硬件如4461系列板卡。同時支持一系列面向麥克風測試的外設(shè)，例如聲校準器，標準轉(zhuǎn)臺以及RS232,GPIB等接口的設(shè)備。

AudioExpress為以下兩個領(lǐng)域麥克風測試領(lǐng)域量身定做
1. 實驗室研發(fā)
        AudioExpress 包含大量的專業(yè)聲學分析函數(shù)，便捷的操作能夠使用戶擺脫復雜的軟件編程，大大降低聲學測量的入門門檻。用戶可以在AudioExpress的測試序列編輯器可以方便的調(diào)用各種測試步驟，快速進行聲學校準，采集，分析，生成報表等各種組態(tài)，是一種聲學測試的組態(tài)軟件。
2. 工廠測試
工廠測試往往需要較高的測試速度，OK/NG結(jié)果判斷，生產(chǎn)型的用戶界面和更容易接受的成本。AudioExpress 可以將實驗室的測試序列方便的移植到工廠測試模式中。
      比如，用戶在實驗室開發(fā)聲學測試序列，采用的是高精度的NI DSA板卡，但是工廠模式希望采用成本更為經(jīng)濟的聲卡或者章和電氣USB-9001等不同的硬件，，只需要修改硬件的驅(qū)動層，就可以方便的兼容不同的硬件。大部分的分析測試功能都可以不做修改。

一般麥克風測試，無論是模擬麥克風還是USB麥克風，主要需要測試以下內(nèi)容:
1. 靈敏度 Sensitivity
2. 頻率響應(yīng)Frequency Response
3. 指向性 Directional
4. 聲壓 SPL
5. 相位 Phase
6. 本地噪聲  Self-noise
7. 失真 Distortion
8. 極坐標圖 Polar Plots
采用AudioExpress可以方便的測試上述所有指標，并且快速選擇不同測試內(nèi)容，生成最終測試報告。

主要的麥克風測試指標介紹
1. 靈敏度: 靈敏度指麥克風的開路電壓與作用在其膜片上的聲壓之比。實際上，麥克風在聲場必然會引起聲場散射，所以靈敏度有兩種定義。一種是實際作用于膜片上的聲壓，稱為聲壓靈敏度，另一種是指麥克風未置入聲場的聲場聲壓，稱為聲場靈敏度，其中聲場靈敏度又分為自由場靈敏度和擴散場靈敏度。通常錄音用麥克風給出聲壓靈敏度，測量用麥克風因應(yīng)用類型給出聲壓或聲場靈敏度。 靈敏度的單位是伏/帕（伏特/帕斯卡，V/Pa）。
      在麥克風的靈敏度測試中，首先需要一個標準聲校準器和一個標準傳聲器，常見使用聲壓級為94dB聲校準器，用AudioExpress測試得到一個標準傳聲器的靈敏度，再將該標準麥克風用來校準標準聲源，使得標準聲源能夠產(chǎn)生94dB的聲壓。最后，用標準聲源校準被測麥克風，得到被測麥克風的靈敏度。
類似同樣的原理，AudioExpress也可以測試USB麥克風，靈敏度單位為dBFS/Pa。
下圖為AudioExpress用94dB聲校準器校準麥克風時候的輸出靈敏度
 

標準麥克風的校準需要預熱，通常的預熱時間大約在5-10分鐘。直到靈敏度值保證穩(wěn)定為止。

2. 頻率響應(yīng)
        頻率響應(yīng)是指麥克風接受到不同頻率聲音時，輸出信號會隨著頻率的變化而發(fā)生放大或衰減。最理想的頻率響應(yīng)曲線為一條水平線，代表輸出信號能直實呈現(xiàn)原始聲音的特性，但這種理想情況不容易實現(xiàn)。一般來說，電容式麥克風的頻率響應(yīng)曲線會比動圈式的來得平坦。常見的麥克風頻率響應(yīng)曲線大多為高低頻衰減，而中高頻略為放大；低頻衰減可以減少錄音環(huán)境周遭低頻噪音的干擾。 頻率響應(yīng)曲線圖中，橫軸為頻率，單位為赫茲，大部份情況取對數(shù)來表示；縱軸則為靈敏度，單位為分貝。
       AudioExpress采用”一鍵式”掃頻功能，能夠快速得到麥克風的頻響曲線?？刂朴布敵?0Hz-20KHz的正弦掃頻(Sweep Sine)，得到掃頻曲線圖。并且能夠方便的設(shè)置上下限和進行不同曲線的比較。
下圖為0，90，135，180 四個角度方向的一個麥克風四條頻響曲線。
 

3. 指向性

 
      指向性描述麥克風對于來自不同角度聲音的靈敏度，規(guī)格上常用如上的極性圖(polar plots)來表示，在每個示意圖中，虛線圓形的上方代表麥克風前方，下方則代表麥克風的后方。麥克風一般分為如下種類:
a.全指向式 全向式(Omnidirectional)對于來自不同角度的聲音，其靈敏度是相同的。常見于需要收錄整個環(huán)境聲音的錄音工程；或是聲源在移動時，希望能保持良好收音的情況；演講者在演說時配帶的領(lǐng)夾式麥克風也屬此類。全向式的缺點在于容易收到四周環(huán)境的噪音，而在價格方面相對較為便宜。
單一指向式 常見的單一指向式為心型指向(Cardioid)或超心型指向(Hypercardioid)，對于來自麥克風前方的聲音有最佳的收音效果，而來自其他方向的聲音則會被衰減，常見于手持式麥克風和卡拉OK場合，此類型的極端為槍型指向(Shotgun)。
雙指向式 雙指向式(Bi-directional)可接受來自麥克風前方和后方的聲音，實際應(yīng)用場合不多。
 使用AudioExpress 可以方便的測試麥克風的指向性，方便的查看極性圖。測試指向性，需要轉(zhuǎn)臺按照一定步數(shù)旋轉(zhuǎn)麥克風，AudioExpress可以支持第三方的步進電機驅(qū)動器和轉(zhuǎn)臺，大大降低轉(zhuǎn)臺的成本。同時，也支持傳統(tǒng)的IEEE控制的轉(zhuǎn)臺。AudioExpress 的極性圖，可以離線挑選任意的頻率曲線同時顯示在極坐標圖上。
      下圖為一個實際麥克風通過AudioExpress測試得到的極性圖。AudioExpress可以靈活設(shè)定頻點和曲線屬性。

 

 

4. 阻抗
      在麥克風規(guī)格中，都會列出阻抗值(單位為歐姆)，根據(jù)最大功率傳輸定理(Maximum Power Transfer Theorem)，當負載阻抗和麥克風阻抗批配時，負載的功率將達到最大值。不過在大部份阻抗不批配的情況下，麥克風依然能使用，也因此造成這項規(guī)格并未受到太大的重視。一般而言，低于600歐姆為低阻抗；介于600至10,000歐姆為中阻抗；高于10,000歐姆為高阻抗。例如像Shure SM58這支麥克風的阻抗值為300歐姆。
      測試阻抗，一般采集卡外部需要添加信號調(diào)理電路，章和電氣提供阻抗測試的硬件，結(jié)合AudioExpress，可以方便的測試麥克風阻抗。測試時間

5. 不同的接頭

 3-pin XLR接頭可以產(chǎn)生平衡輸出信號，可有效消除外來的雜訊干擾。三支針腳會標明1、2、3三個數(shù)字；在美規(guī)中，1代表接地線，2代表正相(hot)訊號，3代表反相(cold)訊號；歐規(guī)中，1代表接地線，2代表反相(cold)訊號，3代表正相(hot)訊號。 1/4吋(6.3mm)接頭以及3.5mm接頭有分單聲道(mono)和立體聲(stereo)兩種，簡單的區(qū)分方式是看接頭上有幾個黑色的絕緣環(huán)，兩個絕緣環(huán)代表立體聲，一個絕緣環(huán)則代表單聲道。在圖2中，各個數(shù)字代表的部位功用如下：
1． 接地
2． 立體聲時為右聲道；平衡單聲道時為反相訊號；或做為單聲道的電源輸入端
3． 立體聲時為左聲道；平衡單聲道時為正相訊號；非平衡單聲道時的信號輸出端
4． 絕緣環(huán)
       AudioExpress 兼容不同多種硬件平臺，并且章和電氣提供各種轉(zhuǎn)換接頭，使不同的被測產(chǎn)品都能夠與測試硬件相連。

軟件易用性
      在AudioExpress平臺上開發(fā)的麥克風測試程序，采用一鍵式測量模式，可以自動測試得到麥克風所有電聲指標。強大的報表生成功能，可以自動導出測試Excel報表節(jié)省測試結(jié)果統(tǒng)計時間。離線分析功能可以方便用戶查看所有測試結(jié)果的細節(jié)。
下圖為生產(chǎn)模式下的麥克風測試主界面

 

欲了解更多麥克風測試細節(jié)，請致電章和電氣 020-62800488